楊 宸

（聊城大學(xué)東昌學(xué)院，山東聊城 252000）

采用膜分離技術(shù)進行食品發(fā)酵加工的過程中，為充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢，相關(guān)企業(yè)和技術(shù)人員需要充分明確膜分離技術(shù)，分析其在食品發(fā)酵工業(yè)中的幾個主要應(yīng)用方向，并以此為依據(jù)研究其具體的應(yīng)用策略。通過這樣的方式，才可使膜分離技術(shù)得以科學(xué)應(yīng)用，從而為食品發(fā)酵工業(yè)提供科學(xué)技術(shù)支撐，在提升食品發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量的同時確保食品的質(zhì)量和安全性。

1 膜分離技術(shù)概述

膜分離技術(shù)是將分離膜用作組件，從而實現(xiàn)物質(zhì)濃縮、分離與提純的一種技術(shù)形式。此項技術(shù)的主要應(yīng)用原理是篩分，借助于膜具有的選擇透過性，從溶液中分離出一些微粒，但在此過程中，很多因素都在發(fā)揮作用，如溶劑、溶質(zhì)分子會與膜之間發(fā)生吸引或排斥作用，溶液和水會優(yōu)先被膜吸附，同時也包括負(fù)分離等很多作用。在膜分離技術(shù)的具體應(yīng)用中，膜組分可按照微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜進行劃分[1]。表1為幾種主要膜組分的過濾精度及其應(yīng)用功能。

表1 幾種主要膜組分的過濾精度及其應(yīng)用功能

就目前的膜分離技術(shù)來看，已經(jīng)提出的膜傳質(zhì)和傳遞模型主要包括微孔擴散模型、溶解擴散模型、吸附控流模型、毛細(xì)孔流優(yōu)先吸附模型、不完全溶解擴散模型和基于熱力學(xué)的傳遞模型等。在具體應(yīng)用中，膜分離技術(shù)有很多種類，不同種類的膜分離技術(shù)具有不同的作用機理和適用范圍，加之膜分離技術(shù)具有操作便捷、不需要使用化學(xué)物質(zhì)、常溫條件下便可實現(xiàn)等諸多優(yōu)勢，因此在當(dāng)今的很多工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。尤其是在食品發(fā)酵工業(yè)中，膜分離技術(shù)更體現(xiàn)出顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。

2 食品發(fā)酵工業(yè)中的膜分離技術(shù)主要應(yīng)用分析

2.1 檸檬酸發(fā)酵工業(yè)中的膜分離技術(shù)應(yīng)用

在檸檬酸發(fā)酵過程中，傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝通常為沉淀法。在具體生產(chǎn)中，通過板框?qū)Πl(fā)酵物進行過濾，以此來獲得過濾溶液，再通過石灰與溶液中的檸檬酸發(fā)生中和反應(yīng)，從而實現(xiàn)檸檬酸三鈣沉淀物的獲取。析出這些沉淀物，通過少量高溫水洗滌，再通過濃硫酸使其進一步溶解，這樣便獲取到檸檬酸溶液。但由于板框不具備足夠的過濾精度，因此后續(xù)的生產(chǎn)加工質(zhì)量都會受到不利影響，且會伴隨著大量的材料消耗和大量污染的產(chǎn)生。為有效避免這些問題，在檸檬酸發(fā)酵工業(yè)中，可對不銹鋼管式膜加以合理利用，以此有效過濾細(xì)菌等各種不溶物質(zhì)，從而得到澄清的濾液，使后續(xù)生產(chǎn)得以順利有序地進行，避免檸檬酸發(fā)酵生產(chǎn)過程中大量材料的浪費，并達到良好的環(huán)保效果。不銹鋼管式膜是將不銹鋼作為支撐的一種二氧化鈦過濾膜，其支撐管的主要組成部分是不銹鋼粉，將二氧化鈦鍍在其表面，其耐機械性能和伸縮能力都非常好，具有良好的過濾穩(wěn)定性，很容易控制[2]。表2為不銹鋼管式膜的主要參數(shù)。

表2 不銹鋼管式膜的主要參數(shù)

2.2 味精發(fā)酵工業(yè)中的膜分離技術(shù)應(yīng)用

在味精的生產(chǎn)過程中，其發(fā)酵過程通常是由細(xì)菌來完成，但由于細(xì)菌直徑非常小，因此傳統(tǒng)的加工工藝不能將其完全過濾掉，導(dǎo)致細(xì)菌存在于發(fā)酵液中，這樣就會導(dǎo)致味精的結(jié)晶率降低，延長其工藝路線，從而消耗更多生產(chǎn)成本。同時，由于味精發(fā)酵過程中需要應(yīng)用大量水資源，帶有細(xì)菌的廢液排放到廢水中，便會對環(huán)境產(chǎn)生一定程度的污染。為有效解決上述問題，也可將不銹鋼管式膜用來進行味精發(fā)酵生產(chǎn)工業(yè)中的細(xì)菌過濾。該種膜的孔徑很小，可將細(xì)菌完全過濾除去，加之此種膜屬于無機膜，對污染具有足夠強大的抵抗能力，因此可在有效提升味精結(jié)晶率及其純度的同時避免細(xì)菌將廢水污染，并有效節(jié)約后續(xù)工藝的用水量。這對于味精生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)效率的提升和經(jīng)濟效益的保障都具有非常深遠(yuǎn)的意義，同時也可使其周邊的環(huán)境效益得到良好保障。

2.3 乳品發(fā)酵工業(yè)中的膜分離技術(shù)應(yīng)用

在乳品的發(fā)酵加工中，通過反滲透超過濾膜分離技術(shù)的合理應(yīng)用，可顯著提升其生產(chǎn)成效。在具體應(yīng)用中，可將反滲透膜和超濾膜用來進行牛乳濃縮以及乳清蛋白回收，這樣不僅可提升乳品生產(chǎn)質(zhì)量，同時也可獲取更多乳制品品種。為使膜分離技術(shù)在乳品發(fā)酵工業(yè)中得到良好應(yīng)用，乳品生產(chǎn)企業(yè)與技術(shù)人員需要明確乳品中的各種成分分子大小。例如，在牛乳成分中，各種分子大小情況如表3所示。

表3 牛乳成分中的各種分子大小情況

在明確這些成分分子大小及其分子量后，便可根據(jù)各種膜組分的過濾功能進行膜的合理選擇，從而使膜分離技術(shù)在乳品發(fā)酵工業(yè)中充分地發(fā)揮出其應(yīng)用優(yōu)勢[3]。

2.4 果汁濃縮發(fā)酵中的膜分離技術(shù)應(yīng)用

在果汁發(fā)酵工業(yè)中，膜分離技術(shù)也具有非常顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。尤其是在果汁濃縮中，反滲透膜更是得到了非常廣泛的應(yīng)用。將反滲透膜和菠蘿、梨、蘋果等果汁發(fā)酵加工工業(yè)程序相融合，可大幅提升其生產(chǎn)效率。在果汁發(fā)酵加工中，濃縮是一個關(guān)鍵的生產(chǎn)工序，這道生產(chǎn)工序?qū)⒅苯佑绊懝陌l(fā)酵生產(chǎn)效果，并對其產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。在傳統(tǒng)的果汁發(fā)酵工藝中，通常采取蒸發(fā)技術(shù)進行果汁濃縮，但在高溫條件下，果蔬中的熱敏性物質(zhì)以及營養(yǎng)物質(zhì)都很容易受到不良影響，從而降低濃縮質(zhì)量。為有效避免此類問題，在果汁發(fā)酵工業(yè)中，可引入反滲透膜，通過膜分離技術(shù)替代傳統(tǒng)的蒸發(fā)技術(shù)，從而使果汁中的有機水溶液或低分子有機物高效分離，從而確保果汁的生產(chǎn)質(zhì)量。

3 食品發(fā)酵工業(yè)中的膜分離技術(shù)應(yīng)用策略分析

3.1 膜分離技術(shù)在前期除菌滅菌中的應(yīng)用策略

在食品發(fā)酵工業(yè)中，生產(chǎn)加工企業(yè)和技術(shù)人員可將膜分離技術(shù)合理應(yīng)用到前期的除菌滅菌工藝中。①對富氧空氣進行除菌處理，在發(fā)酵工業(yè)中，生產(chǎn)菌的繁殖及其代謝都需要應(yīng)用到溶解氧，而溶解氧的產(chǎn)生則需要無菌空氣。為全面消除富氧空氣中各種細(xì)菌，可通過氣體分離膜達到良好的除菌效果，從而進一步提升空氣中的氧濃度，并增加生化反應(yīng)器內(nèi)的溶氧系數(shù)。②對培養(yǎng)基進行滅菌處理，因動物細(xì)胞培養(yǎng)基中的一些激素等物質(zhì)并不具備良好的熱穩(wěn)定性，如果通過蒸汽法進行滅菌處理，通常并不能收到良好的處理效果，此時，便可引入膜分離技術(shù)。該技術(shù)能在不加熱的情況下從動物細(xì)胞培養(yǎng)基中分離出細(xì)菌，在達到良好除菌效果的同時進一步降低能源消耗。

3.2 膜分離技術(shù)在原材料預(yù)處理中的應(yīng)用策略

在食品的發(fā)酵生產(chǎn)過程中，通過膜分離技術(shù)的合理應(yīng)用，可使其原材料達到良好的預(yù)處理效果。例如，在干酪生產(chǎn)中，最重要的一個環(huán)節(jié)就是原料奶的濃縮。在此過程中，生產(chǎn)企業(yè)便可利用反滲透膜或超濾膜，通過膜分離技術(shù)實現(xiàn)原料奶的高效濃縮，以此來確保干酪產(chǎn)量及其質(zhì)量。在酸乳生產(chǎn)或乳清發(fā)酵的過程中，生產(chǎn)企業(yè)也可將反滲透膜分離技術(shù)應(yīng)用于預(yù)處理工作中，或借助于超濾膜分離技術(shù)提升原料質(zhì)量，從而為其創(chuàng)造良好的發(fā)酵條件。在食品發(fā)酵工業(yè)中的用水選取上，生產(chǎn)企業(yè)可合理利用反滲透膜和超濾膜，以達到良好的水質(zhì)軟化和除菌效果，并通過先進的納濾膜分離技術(shù)進一步脫除水中的離子，顯著提升水處理效果[4]。

3.3 膜分離技術(shù)在發(fā)酵過程控制中的應(yīng)用策略

在食品發(fā)酵工業(yè)中，膜分離技術(shù)也可用來控制其發(fā)酵過程。對于食品發(fā)酵而言，產(chǎn)物濃度等各方面的因素都會對其發(fā)酵質(zhì)量產(chǎn)生影響。為避免產(chǎn)物濃度對食品發(fā)酵質(zhì)量的不良影響，生產(chǎn)企業(yè)可通過膜分離技術(shù)控制整個發(fā)酵過程，及時將產(chǎn)物和胞外產(chǎn)物去除，從而降低產(chǎn)物濃度，避免產(chǎn)物和一些菌體對食品發(fā)酵的不良影響，確保食品發(fā)酵質(zhì)量。

3.4 膜分離技術(shù)在下游處理中的應(yīng)用策略

食品發(fā)酵工業(yè)的下游處理是一項比較復(fù)雜的工作。就目前來看，其下游處理主要包括3個環(huán)節(jié)，即產(chǎn)品分離、產(chǎn)品濃縮、產(chǎn)品純化。為有效確保下游處理工作質(zhì)量，食品生產(chǎn)企業(yè)可在下游處理中合理應(yīng)用膜分離技術(shù)。①可通過超濾膜將懸浮在食品中的蛋白質(zhì)多糖大分子和懸浮物質(zhì)去除；②通過超濾膜高效分離有機酸和氨基酸；③根據(jù)實際生產(chǎn)情況，合理選擇膜分離技術(shù)進行下游的提純和回收處理。這樣不僅可顯著提升食品發(fā)酵的生產(chǎn)質(zhì)量，同時也可使食品發(fā)酵工業(yè)導(dǎo)致的環(huán)境污染問題得以良好解決。

3.5 膜分離技術(shù)在副產(chǎn)物與廢水處理中的應(yīng)用策略

在食品發(fā)酵工業(yè)中，膜分離技術(shù)在其副產(chǎn)物回收和廢水處理中也具有非常顯著的應(yīng)用效果。例如，對于乙醇等水解產(chǎn)物，可通過超濾膜和電滲透技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用來進行分離和回收，對于溶解在廢水中的揮發(fā)性有機物，可通過膜分離技術(shù)與蒸發(fā)技術(shù)的聯(lián)合使用進行分離和回收。在廢水處理中，通過膜分離技術(shù)和蒸發(fā)技術(shù)的結(jié)合，可將其中的異味物質(zhì)分離、去除，并使其中的可利用物質(zhì)得到有效回收[5]。通過這樣的方式，不僅可顯著提升食品發(fā)酵工業(yè)中的副產(chǎn)物回收效率與資源利用率，同時也可有效減少廢水量。

4 結(jié)語

綜上所述，食品發(fā)酵是大多數(shù)食品生產(chǎn)加工中的一個重要環(huán)節(jié)。為有效提升食品發(fā)酵加工質(zhì)量，降低各種能源消耗和污染情況，膜分離技術(shù)開始被廣泛應(yīng)用?；诖?，相關(guān)企業(yè)和技術(shù)人員一定要充分了解膜分離技術(shù)的主要優(yōu)勢及其應(yīng)用原理，并科學(xué)掌握不同的濾膜特征及其功能，從而使其在食品發(fā)酵工業(yè)中得以良好應(yīng)用。這對于膜分離技術(shù)的應(yīng)用、食品加工企業(yè)經(jīng)濟效益的提升與環(huán)境保護等都將起到非常積極的促進作用。